淺談冷水機(jī)組機(jī)械式水流開(kāi)關(guān)常見(jiàn)故障及解決對(duì)策

席堅(jiān)盟

摘 要：分析了水流開(kāi)關(guān)對(duì)冷水機(jī)組運(yùn)行安全的影響，并以靶式水流開(kāi)關(guān)為例，通過(guò)闡述機(jī)械式水流開(kāi)關(guān)的工作原理、設(shè)計(jì)、應(yīng)用場(chǎng)合和常見(jiàn)故障，針對(duì)故障提出了有效的應(yīng)對(duì)策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：冷水機(jī)組；水流開(kāi)關(guān)；水流中斷；靶流片

中圖分類號(hào)：TQ051.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.089

制冷技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的科學(xué)技術(shù)，目前主要被應(yīng)用于空氣調(diào)節(jié)、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程以及食品冷凍冷藏、醫(yī)療衛(wèi)生、日常生活等多個(gè)方面。制冷技術(shù)是從19世紀(jì)中葉發(fā)展起來(lái)的，到現(xiàn)在已經(jīng)有超過(guò)160年的歷史了。在發(fā)展過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)各種不同的制冷方法，包括蒸汽壓縮式和吸收式制冷循環(huán)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)和熱驅(qū)動(dòng)變相制冷循環(huán)、無(wú)變相的熱驅(qū)動(dòng)制冷循環(huán)、斯特林循環(huán)、熱電制冷和磁制冷等。其中，蒸汽壓縮式和吸收式制冷循環(huán)的應(yīng)用最為廣泛。蒸汽壓縮式制冷循環(huán)是利用變相產(chǎn)生的潛熱，通過(guò)壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)4個(gè)過(guò)程的封閉循環(huán)實(shí)現(xiàn)制冷；而吸收式制冷循環(huán)是以吸收劑和工質(zhì)組成溶液，利用熱能驅(qū)動(dòng)，通過(guò)發(fā)生、冷凝、蒸發(fā)、吸收4個(gè)過(guò)程封閉循環(huán)。

1 水流開(kāi)關(guān)對(duì)冷水機(jī)組運(yùn)行安全的影響

1.1 水流開(kāi)關(guān)的作用

水流開(kāi)關(guān)是通過(guò)感受水流量的變化，根據(jù)已調(diào)節(jié)好的開(kāi)關(guān)值切斷或閉合電路的控制元器件，在水系統(tǒng)中起斷水、缺水保護(hù)的一種裝置。

1.2 水流開(kāi)關(guān)的分類

按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，一般可將水流開(kāi)關(guān)大致分為活塞式、翻轉(zhuǎn)式、壓差式、靶式、葉輪式和轉(zhuǎn)子式等。在實(shí)際空調(diào)制冷中，壓差式和靶式水流開(kāi)關(guān)的應(yīng)用較為廣泛。

1.3 水流開(kāi)關(guān)對(duì)冷水機(jī)組性能的影響

水流開(kāi)關(guān)是否正常直接影響到冷水機(jī)組的運(yùn)行安全與否。如果冷凍水流量過(guò)小，不僅會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)啟停頻繁，降低壓縮機(jī)的使用壽命，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組蒸發(fā)壓力較低。由于大多數(shù)制冷循環(huán)中油和制冷劑都是混合在一起的，冷凍水流量過(guò)小將會(huì)導(dǎo)致部分油不能回到油箱中，而是滯留在蒸發(fā)器底部，造成油箱“低油位”報(bào)警，出現(xiàn)“失油”現(xiàn)象。同時(shí)，附著在蒸發(fā)器銅管上的油會(huì)大大降低蒸發(fā)器的換熱效果，特別是對(duì)于滿液式蒸發(fā)器來(lái)說(shuō)，冷凍水流量過(guò)小可能導(dǎo)致蒸發(fā)器結(jié)冰，出現(xiàn)“冰堵”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致銅管破裂，造成冷凍水和冷媒串通，最終使冷凍水進(jìn)入壓縮機(jī)，造成壓縮機(jī)損毀，損失巨大。對(duì)于冷凝器來(lái)說(shuō)，當(dāng)無(wú)水流或水流小時(shí)，冷凝器負(fù)荷減少，冷凝溫度和壓力上升，造成冷凝器出口的冷媒經(jīng)過(guò)膨脹閥、節(jié)流板空時(shí)的流量大幅減少，制冷量下降。如果壓縮機(jī)持續(xù)在高冷媒壓力下運(yùn)行，將發(fā)生“跳機(jī)”故障。如果水流量過(guò)大，則會(huì)加重冷水機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷，加大水泵的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，耗能增加；水流量中斷就會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)等。

2 冷水機(jī)組水流中斷故障分析

在冷水機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到水流開(kāi)關(guān)無(wú)法檢測(cè)到水流，而導(dǎo)致系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)的狀況。其原因很多，以下將以靶式水流開(kāi)關(guān)為例，分析冷水機(jī)組水流中斷的常見(jiàn)故障。

2.1 靶式水流開(kāi)關(guān)的工作原理

靶式水流開(kāi)關(guān)是一種適用于檢測(cè)水質(zhì)較差、雜質(zhì)較多的水流開(kāi)關(guān)。靶式水流開(kāi)關(guān)由測(cè)量管、靶片、波紋密封膜片、杠桿、彈簧、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等組成。當(dāng)水流通過(guò)管道時(shí)，水流對(duì)靶片產(chǎn)生一個(gè)沖擊力，在這個(gè)力的作用下，杠桿角度傾斜，離開(kāi)常態(tài)下壓緊的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)便輸出信號(hào)。當(dāng)水流沖擊力小于彈簧力時(shí)，杠桿被彈簧推回微動(dòng)開(kāi)關(guān)，停止工作。

2.2 靶式水流開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

靶式水流開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)遵從伯努利方程：

P+ρgh+ρv2/2=C. （1）

式（1）中：P為流體中某點(diǎn)的壓強(qiáng)；ρ為流體密度；g為重力加速度；h為該點(diǎn)所在高度；v為流體在該點(diǎn)的流速；C為常量。

水流從靶周圍的圓形、環(huán)形間隙流過(guò)時(shí)，靶受到流體的沖擊力，其大小與流體的動(dòng)能和靶的圓形面積成正比。體積、質(zhì)量流量與靶受到的力F的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

qv=k×√F/ρ. （2）

qm=ρAv=k√ρF. （3）

式（2）（3）中：qv為體積流量；k 為啟動(dòng)水流量；F為靶片受到的力；ρ為水的密度；qm為質(zhì)量流量；A為管道截面積；v為水流流速。

2.3 靶式水流開(kāi)關(guān)應(yīng)用的場(chǎng)合

靶式水流開(kāi)關(guān)是一種機(jī)械式水流開(kāi)關(guān)，能負(fù)載較大的工作電流，也能直接負(fù)載普通功率的電動(dòng)設(shè)備。其缺點(diǎn)為如果要求啟動(dòng)水流量較小，由于靶片過(guò)大，對(duì)管道通水流量造成很大的影響；如果要求啟動(dòng)水流量較大，只有減小靶片面積，才能使啟動(dòng)流量變大。因此，靶式水流開(kāi)關(guān)只能應(yīng)用于一些無(wú)要求的供排水設(shè)備上。

2.4 靶式水流開(kāi)關(guān)常見(jiàn)故障及處理對(duì)策

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，靶式水流開(kāi)關(guān)一般情況下直接出現(xiàn)電氣方面的故障較少，而較多的故障則出現(xiàn)于其設(shè)計(jì)、安裝及機(jī)械方面。

2.4.1 使用壽命有限

受管網(wǎng)水力環(huán)境的影響，靶式水流開(kāi)關(guān)的靶流片在正常使用時(shí)長(zhǎng)期受水流壓迫處于彎曲、變形狀態(tài)，易疲勞破壞，因此，靶流片使用2年就需要更換。

2.4.2 設(shè)計(jì)、安裝位置不合理

安裝在垂直管道中的靶式水流開(kāi)關(guān)在開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)的過(guò)程中受到管網(wǎng)水力沖擊較大，較易出現(xiàn)斷裂或靶流開(kāi)關(guān)內(nèi)部水電隔離的波紋管斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致水從靶流開(kāi)關(guān)流出。安裝靶式水流開(kāi)關(guān)時(shí)需注意，安裝位置前、后必須有一定的直管。如果安裝在有直角彎頭上升的水管附近，仍然會(huì)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)斷裂或波紋管斷裂現(xiàn)象。

2.4.3 管道內(nèi)空氣集聚過(guò)多

水在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)釋放一部分空氣，當(dāng)管道內(nèi)的空氣集聚過(guò)多時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣阻并沖擊靶流片，造成流速下降，靶流片瞬間流量波動(dòng)致使發(fā)給機(jī)組錯(cuò)誤的流量信息，導(dǎo)致冷水機(jī)組報(bào)警停機(jī)。

2.4.4 靶流片卡在套管內(nèi)

在實(shí)際使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，即水泵開(kāi)啟后，實(shí)際管路水流正常，但機(jī)組卻顯示無(wú)水流通過(guò)。這是因?yàn)橥ǔ０惺剿鏖_(kāi)關(guān)安裝在一個(gè)螺紋套管內(nèi)，螺紋套管焊接在主

管路上，由于螺紋套管下部生銹造成靶流片卡在套管內(nèi)不動(dòng)，此類現(xiàn)象較為普遍。由于管路在安裝后投入使用前未能按照設(shè)計(jì)規(guī)范全面沖洗；同時(shí)由于使用自來(lái)水作為冷凍水水源時(shí)，自來(lái)水中含有大量的雜物、微生物；再加上操作人員缺乏水處理方面的專業(yè)知識(shí)，不能及時(shí)在水中添加藥劑并排污，造成水質(zhì)急劇惡化。因此，建議冷水機(jī)組的冷凍水水源最好選用純水。

2.4.5 安裝人員操作錯(cuò)誤

安裝人員不能正確安裝靶式水流開(kāi)關(guān)也是主機(jī)發(fā)生故障的原因之一。靶式水流開(kāi)關(guān)靶流片的安裝有一定的難度，安裝過(guò)程中常見(jiàn)的錯(cuò)誤操作主要有以下兩種：①不動(dòng)作。通常，不動(dòng)作是因?yàn)榘辛髌惭b的深度不夠，需要重新旋入或更換靶流片。許多安裝人員遇到這種情況時(shí)，往往短接水流開(kāi)關(guān)或者調(diào)整動(dòng)作調(diào)整螺絲，從而使冷水機(jī)組失去水流保護(hù)作用。②卡在管子上部不能回復(fù)。出現(xiàn)這一現(xiàn)象往往是因主水管上焊接螺紋套管的孔太小，第一次動(dòng)作時(shí)被卡在管子上部。這時(shí)，如果安裝人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，水流開(kāi)關(guān)也就失去了保護(hù)作用。

2.4.6 冷凍系統(tǒng)的靜壓力

通常，還有一種情況往往被忽略——冷凍系統(tǒng)的靜壓力對(duì)水流開(kāi)關(guān)工作性能的影響。筆者在使用特靈冷水機(jī)組時(shí)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)靥岣呃鋬鏊撵o壓力，能大大改善水流開(kāi)關(guān)的工作性能。筆者所在公司原本設(shè)計(jì)回水管補(bǔ)水壓力為1 bar，但在冷凍泵運(yùn)行后，蒸發(fā)器進(jìn)出水壓差只有0.2～0.3 bar，而在這個(gè)壓力下水流開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)極不穩(wěn)定，機(jī)組無(wú)法檢測(cè)到水流，導(dǎo)致停機(jī)。之后，筆者手動(dòng)將系統(tǒng)的補(bǔ)水壓力設(shè)定為1.5～2 bar后，蒸發(fā)器進(jìn)出水壓差在0.5 bar以上。此種方法能大大降低由于蒸發(fā)器進(jìn)出水壓差較小造成的機(jī)組停機(jī)的發(fā)生。

3 結(jié)論

冷水機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中因水流開(kāi)關(guān)故障而導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行異?；蛲C(jī)現(xiàn)象較多。如果我們能對(duì)設(shè)備的日常運(yùn)行情況或?qū)σ寻l(fā)生的故障作細(xì)致的分析和總結(jié)，不但可以提高設(shè)備的使用壽命和運(yùn)行的安全、穩(wěn)定性，還可以提高發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]董天祿.離心式/螺桿式制冷機(jī)組及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

〔編輯：劉曉芳〕